第十一章 第四大类硅酸盐类

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• 1 长石 • 1.1化学通式：为M[T4O8]，其中的M=Na、Ca、K和 Ba，少量的Li、Rb、Cs、Sr、NH4 • T=Si、Al，少量的三价的铁、B等 • Or钾长石：K[AlSi3O8] • Ab钠长石：Na[AlSi3O8] • An钙长石：Ca[Al2Si2O8] • • 1.2碱性长石 • 碱性长石由两个端元组分组成：即钾长石和钠长石
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• （3）层状硅酸盐结构单元层的基本型式： • 四面体片（T）和八面体片（O）是组成层状硅酸盐的 结构单元层。它有两种基本型式： • 1：1型（TO型）—— • 2：1型（TOT型）—— • （4）层间域 • T和O组成的结构单元层，进一步组合而形成层状硅酸 盐。这种构造单元层之间的空隙，即为层间域。当结 构单元层内的电价已平衡，层间域中只充填少量的吸 附水或有机分子——如高岭土、叶腊石；当结构单元 层中电价不平衡，层间域则充填一些大个阳离子，并 吸附一定的水分子、或有机分子等，如云母、蒙脱石。
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• 层间域 中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶胞参数和矿物的物理 性质。 • （5）多型性、间层（混合）物 • 多型性：由于同种矿物的结构层结构单元层的叠置方式不同形成多型 性。 • 间层（混合）矿物：由于结构层底面的相似性，不同矿物结构单元层 呈规则或不规则的间层（混层），如伊利石、蒙皂石间层等。 • （6）硅氧四面体的层状结构与矿物的物理性质之间的关系 • 形态上——单斜晶系，假六方板、片状、短柱状 • 物理性质——底面的一组极完全解理，低硬度，薄片具有弹性和挠性， 少数具脆性，相对密度小。 • （7）粘土矿物都是层状硅酸盐矿物，颗粒非常细小，比表面积巨大， 具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。
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• 斜方辉石：顽火辉石（En）Mg2[Si2O6]— —斜方铁辉石（Fs）Fe2[Si2O6]系列 • 顽火辉石——古铜辉石——紫苏辉石—— 铁紫苏辉石——尤莱辉石——斜方铁辉石 • 单斜辉石： 钙铁辉石亚族：透辉石 CaMg[Si2O6]——钙铁辉石CaFe[Si2O6] • 碱性辉石亚族
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五 第四亚类——架状硅酸盐
• 0 通论 • 硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面体相联，形 成硅氧架状结构，由于硅氧四面体中的部分硅被铝所取代， 就需要有其他阳离子加入，从而形成铝硅酸盐。 • 架状硅酸盐中的阳离子一般为大个的、低价的阳离子， 如K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六次 配位的Fe、Mg、Mn、Al等。这是由于架状硅氧骨干所具 有大的空隙、少量的多余的电荷所决定的。 • 由架状结构，在三度空间连结，可以形成 巨大的空间， 甚至可以连通成孔道，矿物中的F、Cl、（OH）、[SO4]、 [CO3]等附加阴离子即可存在于其中。最主要是长石族和 沸石族，此外还有方柱石族、似长族、霞石族等。
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• 2 内部结构 • 其中X和Y的元素有相当多是一样的，这里的X和Y 对元素 并无专指意义，而是对结构位置的专指意义。 • X位置是指占据M2的位置，而Y占据M1的位置，T则占据 硅氧四体的中心。 • 为单链，每两个四面体一重复，故为[Si2O6]，M1位置是 硅氧四面体角顶位置之间，为八面体的六次配位，M1为 小空隙；而M2位置是硅氧四面体多个底面相对之间的位 置，斜方辉石中——为畸变的八面体的六次配位，而在单 斜辉石中——为八次配位，M2为大空隙。 • 其中M2的位置对于辉石的晶体结构产生了明显的影响： • 当M2为小半径离子Fe、Mg时则为斜方晶系； • 当M2位置为大半径离子时，则为单斜晶系。
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3 铝的作用
• 铝具有双重性质，既可以替代硅，形成四次配 位的铝硅酸盐；又可以成六次配位，构成铝的硅 酸盐。有时在同一种结构中同时具有这两种结构。 • 铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体 为主的架状结构中是不稳定的因素，且两个铝氧 四面体不能相联，因此铝替代硅的最大限度是1:1。 • 另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四面体 为主的结构中是不稳定的，因此，在低温不稳定， 常会发生转变。即发生铝四次配位转向六次配位。 • 硅和铝在架状结构中可以是有序的物理性质
• 硅酸盐矿物的晶体形态，取决于硅氧骨干的型式和其它阳离 子配位多面体，[AlO6]八面体的连结。 • 具孤立[SiO4]四面体骨干的硅酸盐在形态上常表现为三向等 长，如石榴子石等。 • 具有环状硅氧骨干的硅酸盐晶体常呈柱状习性，柱状晶体往 往属六方或三方晶系，柱的延长方向垂直于环状硅氧骨干的 平面，如绿柱石、电气石。 • 具有链状硅氧骨干的硅酸盐晶体常呈柱状或针状晶体，晶体 延长的方向平行链状硅氧骨干延长的方向，如辉石、角闪石、 硅灰石。 • 具层状硅氧骨干的硅酸盐晶体呈板状、片状、甚至鳞片状， 如云母、葡萄石。 • 对于具有架状硅氧骨干的硅酸盐，其形态决定于架内化学键 的分布情况。.
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（3）角闪石族
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化学成分通式：A0~1X2Y5[T4O11]（OH，F，Cl），角 闪石的化学成分复杂，一般Al取代Si不能超过1/3。 其中A=Na、Ca、K、H3O X=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、Mn Y=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、Cr T=Si、Al、Ti 根据X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X 的原子数分为 四组：
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角闪石分类表
角闪石亚类 镁铁锰角闪 石 钙角闪石 钠钙角闪石 碱性角闪石
（ Na+Ca ） X <1.34 >1.34
（Na）X
（Ca）X
<0.67 [0.67,1.34] >1.34
>1.34 [0.67,1.34]
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四 第三亚类——层状硅酸盐主要矿物介绍
• （1） 四面体片和八面体片： • 在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在平面中与其他硅氧四面体 相联，形成六方网格状，另一自由角顶朝同一方向；两两相对的角顶通 过OH和其他阳离子M形成八面体层。四面体片为T层，八面体片为O层。 • （2）三八面体和二八面体： • 在两个四面体层夹一八面体层的结构中，在每一个由硅氧四面体组成的 六方环中对应着有三个八面体与相对应； • 每个八面体是由四个氧和两个OH组成，每个八面体共有6- 价； • 当这三个八面体被二价离子占据时，三个八面体空隙可以被完全充满， 此时，则称为三八面体； • 若三个八面体被三价离子占据，6- 价只能容纳二个离子，即三个八面体 中只能有两个八面体被充填，此时，称二八面体。 • 若三个八面体同时被二价、三价离子充填，则称为过渡性结构。
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• 硅酸盐矿物具共价键及离子键，一般具有离子晶 格的特点。矿物一般为透明，玻璃-金刚光泽，浅 色或无色。 • 硅酸盐矿物的解理亦与其硅氧骨干的形式有关。 具层状骨干者常平行层面有极完全解理，如云母、 滑石等. • 具链状骨干者常平行链延长的方向产生解理，如 辉石、角闪石等； • 具架状骨干者，解理决定于架中化学键的分布， 如长石有平行a轴的两组解理，是因为长石架状硅 氧骨干中有平行a轴的比较强的链；具环状骨干的 硅酸盐一般解理不好。
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2 硅氧骨干：
• 每一个硅周围有4 个O包围着，构成[SiO4]四面体，它是硅酸 盐的基本构造单元。每个硅氧四面体都有四个氧离子，氧离子 的一半电价与硅结合，而另一半则与四面体外的其它阳离子相 联、或与其它硅氧四面体相联，在空间形成形成网格。硅氧四 面体骨干在空间的联结方式主要有： • （1）岛状硅氧骨干：硅氧骨被其他阳离子所隔开，彼此分开 如岛状。进一步分为孤立的单四面体或双四面体。 • （2）环状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联形成封闭的环状， 要形成环状结构至少需要3个。进一步又可分为单层环、双层 环。 • （3） 链状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联沿一个方向无限 地延伸，可分为单链和双链。据联结方式和重复规律又可以分 为多种形式。
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第二亚类——链状硅酸盐主要矿物介绍
• • • • • • （1） 辉石族 1 化学成分 辉石的化学通式为：XY[T2O6]， 其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等；占据M2的位置 Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占据M1的位置 T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3）
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• （3）层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，形成两度 空间的无限延伸的面，在平面内硅氧四面体共用三个角顶， 在平面内的O两价态都有被利用，即为“惰性氧”，或称 为“氧桥”。每个硅氧四面体的剩余的一个氧即为“活性 氧”，这种活性氧可以指向一侧，变可以指向两侧，因此 据硅氧四面体的联结方式及活性氧的朝向等到层状硅酸骨 干可细分若干类。 • （4）架状硅氧骨干：硅氧骨干四个氧都是惰性氧，硅氧 四面在空间三个方向无限延伸，，典型的架状结构是石英。 • 由于这种结构无剩余电价，其他离子不能进入晶格，因此 必须要有部分Al代替硅进入架状结构中，从而使O有剩余 的电价，与其阳离子结合，形成牢固 的架状硅酸盐结构。 • 由于架状硅酸盐剩余电价少、且会形成较大的空隙，因此 架状硅酸盐离子大多是低电价的、大离子半径的、高配位 的离子。有时并有附加阴离子和水分子存在。
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石榴子石：
• 化学成分——A3B2[SiO4]3，其中A为二价离子的镁 铁锰钙等到离子， 而B为三价的的铝、铁、铬、钒、钛等。 • 由于A离子中的钙与其他的二价离子半径分为两个系列： • 铁铝石榴石系列：（Mg,Fe,Mn）3Al2[SiO4]3 • 镁铝石榴石系列Mg3Al2[SiO4]3 • 铁铝石榴石系列Fe3Al2[SiO4]3 • 锰铝石榴石系列Mn3Al2[SiO4]3 • 钙铁石榴石系列：Ca3（Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr）2[SiO4]3 • 钙铝石榴石Ca3Al2[SiO4]3 • 钙铁石榴石Ca3Fe2[SiO4]3 • 钙铬石榴石Ca3Cr2[SiO4]3 • 钙钒石榴石Ca3V2[SiO4]3 • 钙锆石榴石Ca3Zr2[SiO4]3 • 这两个系列经常发生类质同象，